Gas und Engineering

Geschäftsbereich Linde Gas

Sicherheitshinweise 12 03.03

Umgang mit Kohlendioxid CO2

1. VorbemerkungWer mit Kohlendioxid gefahrlosumgehen will, muß die Eigen-schaften dieses Gases kennen undgeeignete Sicherheitsmaßnahmenergreifen. Diese Si-cherheitshinweise sind Emp-fehlungen aus der Praxis. Ver-bindliche Sicherheitsvorschriftenwerden hierdurch nicht ersetztsondern ergänzt.In der Praxis wird Kohlendioxidhäufig als Kohlensäure be-zeichnet. In diesen Sicher-heitshinweisen wird der Ausdruck„Kohlensäure“ nur gebraucht, wodie wässrige Lösung desKohlendioxids (CO2 in H2O)gemeint ist.

2. Eigenschaften

Chemische Eigenschaften

Kohlendioxid ist unbrennbar undunter atmosphärischen Bedin-gungen chemisch stabil und re-aktionsträge. Verbrennungsreak-tionen werden durch CO2 ge-hemmt oder gänzlich unterdrückt.

Mit bestimmten Stoffen, z. B.Ammoniak oder Aminen, kannKohlendioxid heftig reagieren.

Kohlendioxid löst sich in Wasser.Dabei entsteht Kohlensäure, dieschwach sauer reagiert und kor-rodierend auf Kohlenstoffstahl undeinige Buntmetalle wirkt.

Physikalische Eigenschaften

Kohlendioxid ist als Gas bei at-mosphärischen Bedingungen etwa1,5 mal so schwer wie Luft.Deshalb fließt CO2 vorrangig nachunten und kann sich in Gruben,Kellerräumen oder Geländesenkenansammeln. Bei geringerLuftbewegung können sich

derartige CO2-Ansammlungen überviele Stunden halten.

Besondere Aufmerksamkeit er-fordern die von Druck und Tem-peratur abhängigen Aggregatzu-stände:

• Bei atmosphärischen Bedin-gungen ist CO2 gasförmig.

• Bei Temperaturen zwischen–56,6 und +31,1°C und Drückenvon mindestens 5,2 bar kann CO2in flüssiger Form vorliegen. Beiatmosphärischem Druck (1 bar)kann flüssiges CO2 nichtexistieren.

• Bei Temperaturen unter –56,6°Ckann CO2 im festen Zustandvorliegen.

• Nur am sogenannten Tripelpunkt(-56,6°C, 5,2 bar) sind alle dreiAggregatzustände möglich.

fest

D

ampf

druc

k p

in b

ar

Temperatur T in °C

überkritisch

kritischer Punkt

Tripelpunkt dampfförmig

flüssig

Die Aggregatzustände können sichleicht ändern:In der Gasflasche befindet sich CO2

im flüssigen Zustand, d.h. „unterDruck verflüssigt“. Der Druck derFlüssigkeit in der Gasflaschebeträgt bei 20°C ca. 57 bar. Wennman aus der Gasflasche CO2 miteinem Druckminderer entnimmt,dessen Hinterdruck unter 5,2 bareingestellt ist, erhält mangasförmiges CO2. Dabei entstehenaus 1 kg Flüssigkeit beimEntspannen auf Atmosphären-druck etwa 550 Liter Gas.

Unter bestimmten Bedingungenkann man CO2 aus der Gasflaschein flüssiger Form entnehmen (vgl.Abschnitt 3). Wird flüssiges CO2 beider Entnahme plötzlich entspannt,so kühlt es sich intensiv ab, wobeiein Gemisch aus CO2-Gas undCO2-Schnee entsteht.

Physiologische Wirkungen

Kohlendioxid ist als Gas farblosund weitgehend geruchs- und ge-schmacksneutral. Deshalb ist esmit den menschlichen Sinnesor-ganen praktisch nicht wahrnehm-bar.

Kohlendioxid gilt als nicht giftig. Esist kein Gefahrstoff im Sinne derGefahrstoffverordnung. Die Luft,die wir atmen, enthält etwa 0,03Vol.-% Kohlendioxid. DieseKonzentration ist lebensnotwendig,weil sie unser Atemzentrum anregtund Atemvolumen und–geschwindigkeit steuert. In höhe-ren Konzentrationen kann CO2 dieGesundheit schädigen. Bei 3-5Vol.-% CO2 in der Atemluft kommtes zu Kopfschmerzen,Atemstörungen und Unwohlsein.Bei 8-10 Vol.-% können Krämpfe,Ohnmacht, Atemstillstand und Todeintreten. Der Sauerstoffgehalt derAtemluft beträgt dabei noch ca. 19Vol.-% und wäre damitausreichend. Die schädlichephysiologische Wirkung derartigerCO2-Konzentrationen entsteht alsonicht durch Sauerstoffmangelsondern durch direkte Wirkung desKohlendioxids. Aus diesem Grundist für CO2 eine maximal zulässigeArbeitsplatzkonzentration (MAK-Wert) von 0,5 Vol.-% festgelegt.

Kohlendioxid kann den Menschenaußerdem durch Kältewirkungschädigen. Wenn tiefkalt verflüs-sigtes CO2 oder durch Entspan-nung abgekühltes CO2 als Spritzer

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oder als Schnee auf diemenschliche Haut trifft, könnenschmerzhafte „Kaltverbrennungen“entstehen. EmpfindlicheKörpergewebe, wie z. B. die Au-genhornhaut, sind besondersgefährdet. Kaltverbrennungengrößeren Ausmaßes sind lebens-gefährlich. (Siehe hierzu Linde-Sicherheitshinweise Nr. 1, „Um-gang mit tiefkalt verflüssigtenGasen“).

Eigenschaften von Trockeneis

Trockeneis besteht aus zusam-mengepreßtem CO2-Schnee, derdurch Entspannen von flüssigemCO2 gewonnen wird. Trockeneishat bei Atmosphärendruck eineTemperatur von –79°C. Wenn sichTrockeneis bei Atmosphärendruckerwärmt, schmilzt es nicht sondernverdampft („sublimiert“)rückstandsfrei zu gasförmigemKohlendioxid. (Daher der Name„Trockeneis“). Aus 1 kg Trockeneisentstehen je nachVerdichtungsgrad 300 – 400 LiterCO2-Gas. Deshalb kann ein er-heblicher Druckanstieg entstehen,wenn Trockeneis in einemgasdichten Behälter verdampft.

3. Sicherheitsmaßnahmen

Gesundheitsschutz

Das Einatmen von CO2 in kon-zentrierter Form ist für den Men-schen gefährlich. Deshalb darf CO2nicht in größerer Konzentration inder Atemluft enthalten sein.Folgende Sicherheitsmaßnahmensind zweckmäßig:

• CO2-Anlagen sind dicht zu halten.Lecks sind unverzüglichabzudichten.

• CO2-Abgas aus einer anwen-dungstechnischen Anlage oderaus einem Sicherheitsventil ist insFreie abzuleiten.

• Räume mit CO2-Anlagen müsseneine wirksame Lüftung haben.

• Räume, in denen sich größereMengen CO2 angesammelthaben, dürfen nur mit umluft-unabhängigem Atemgerätbetreten werden. Das gilt auch,wenn in dem Raum Personenverunglückt sind und dringendHilfe benötigen.

• Bei einem plötzlichen CO2-Austritt sind vor allemtiefgelegene Räume (Gruben,Keller) sofort zu verlassen, weilhier die Gefahr der CO2-Ansammlung besonders groß ist.

• Stationäre CO2-Löschanlagendürfen zur Prüfung oder imErnstfall nur in Betrieb gesetztwerden, wenn sich in demgefährdeten Bereich keinePersonen aufhalten. Wenn dasKohlendioxid durch Kanäle,Wandöffnungen, Lüftungs- oderKlimaanlagen in andere Räumegelangen kann, zählen auchdiese zu dem gefährdetenBereich.

Umgang mit CO2-Flaschen

Wichtige Ratschläge für den Um-gang mit Gasflaschen aller Artgeben die Linde-Sicherheits-hinweise Nr. 7 „Sicherer Umgangmit Gasflaschen undFlaschenbündeln“ und Nr. 8 „Überdas (Um-) Füllen von Gasflaschen“.Für CO2-Flaschen ist darüberhinaus folgendes zu beachten:Das nichtautorisierte Umfüllen vonKohlendioxid aus einer Gasflaschein eine andere ist aus folgendenGründen sicherheitstechnischriskant: Gasflaschen, die gefülltwerden sollen, müssen be-stimmten Anforderungen genügen,damit sie dem Druck sicherstandhalten. Ob eine Gasflaschefüllfähig ist, kann in der Regel nurdas entsprechend ausgebildetePersonal eines autorisierten Füll-betriebes beurteilen. Außerdem isteine Überwachung und Be-grenzung der Füllmenge durchWägung während des Füllensungedingt notwendig. Nach derDruckbehälterverordnung dürfenmaximal 0,75 kg CO2 pro LiterFlaschenvolumen eingefüllt wer-den. Mit diesem Füllfaktor ist ge-währleistet, daß der Druck in derCO2-Flasche erst bei Erwärmungauf 65°C den Prüfdruck von 250bar erreicht. Wenn der zulässigeFüllfaktor überschritten wird, steigtder Druck in der Gasflasche schonbei geringer Erwärmung erheblichan. Eine überfüllte CO2-Flaschekann bereits bei Erwärmung durchSonneneinstrahlung bersten. Eswird dringend davon abgeraten,Kohlendioxid umzufüllen.Der Druck in einer CO2-Flaschehängt nur von der Temperatur ab.

Er beträgt z. B. bei 20°C 57 bar.Auch eine fast leere CO2-Flaschehat, solange sie Flüssigphaseenthält, bei 20°C 57 bar. Das be-deutet: Der Füllzustand einer CO2-Flasche kann nicht durch Messendes Druckes sondern nur durchWägen festgestellt werden.

CO2-Flaschen bestehen im all-gemeinen aus Kohlenstoffstahl.Dieser wird durch Kohlensäure(CO2 in H2O) korrodiert, was zueiner gefährlichenFestigkeitsminderung führen kann.Deshalb müssen Wasser oderwäßrige Flüssigkeiten (Bier,Limonade) aus CO2-Flaschenferngehalten werden. Im Füllbetriebmüssen CO2-Flaschen vor demFüllen auf Vorhandensein vonWasser geprüft und ggf. getrocknetwerden.Aber auch die Anwender solltendarauf achten, daß keine Flüssig-keit in die CO2-Flasche eindringt.Eine mögliche Schutzmaßnahmeist die Installation einer Rück-strömsperre.Um Feuchtigkeit aus CO2-Flaschenfernzuhalten, gibt es eine weitere,sehr simple Sicher-heitsmaßnahme: CO2-Flaschensollten nur bis zu einem Restdruckvon ca. 5 bar entleert werden unddie Flaschenventile sind nach derEntleerung geschlossen zu halten.Damit wird verhindert, daß feuchteLuft in die CO2-Flasche eindringt.

CO2-Flaschenventile haben häufigeine Überdrucksicherung in Form

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einer Berstscheibe, die mit einerÜberwurfmutter am Ventil befestigtist. An dieser Einrichtung darf inkeiner Weise manipuliert werden,um ungewolltes und gefährlichesAusströmen von CO2 zuvermeiden.

Entnahme aus CO2-Steigrohrflaschen

CO2-Steigrohrflaschen haben imInneren ein Steig- oder Tauchrohr,das vom Flaschenventil bis dichtüber den Flaschenboden reicht.Aus einer Steigrohrflasche wird –solange sie aufrecht steht – CO2zwangsläufig in flüssiger Formentnommen. Folgende Be-sonderheiten sind bei der Anwen-dung zu berücksichtigen:

• CO2-Steigrohrflaschen werdendurch den Füllbetrieb eindeutigals solche gekennzeichnet. DerAnwender muß bewußt zurKenntnis nehmen, daß er es miteiner CO2-Steigrohrflasche zu tunhat.

• CO2-Steigrohrflaschen dürfen nurverwendet werden, wenn dieEntnahme von flüssigemKohlendioxid beabsichtigt ist.

• CO2-Steigrohrflaschen dürfennicht mit einem Druckmindererausgerüstet werden, weil dasflüssige Kohlendioxid infolge desDruckabfalls zu CO2-Schneeerstarren und den Druckmindererblockieren und unwirksammachen würde.

• CO2-Steigrohrflaschen müssenbei der Entnahme aufrechtstehen, damit die Öffnung desTauchrohrs unter dem CO2-Flüssigkeitsspiegel bleibt. Nurunter dieser Voraussetzung kannnahezu der gesamte Inhalt derFlasche, dem Anwendungszweckentsprechend, flüssig entnom-men werden.

• Aus einer CO2-Steigrohrflaschewird das flüssige Kohlendioxid mitdem vollen Flaschendruckentnommen. DieEntnahmeeinrichtung mußdementsprechend druckfest undfür flüssiges CO2 geeignet sein.Es wäre z. B. lebensgefährlich,wenn eine CO2-Steigrohrflasche

mit oder ohne Druckminderer anein Bierfaß angeschlossenwürde. Das Bierfaß könnte demDruck der verdampfenden CO2-Flüssigkeit keinesfallsstandhalten und würde bersten.

• Absperrbare Rohrabschnitte fürflüssiges CO2 müssen mit einemSicherheitsventil ausgerüstetsein.

• Wenn aus einer Steigrohrflascheflüssig entnommenesKohlendioxid auf Atmosphä-rendruck entspannt wird, ent-steht CO2-Schnee. Deshalbwerden Steigrohrflaschen vorallem dann angewendet, wennCO2-Schnee benötigt wird. z. B.zur Kühlung von Lebensmitteln.

• CO2-Schnee kann in mehrfacherHinsicht gefährlich werden. Wennder austretende Strahl diemenschliche Haut trifft, bestehtdie Gefahr der Kaltverbrennung.Deshalb sollten zumindest dieAugen mit einer Schutzbrille ge-schützt werden. Der CO2-Schnee

kann die Entnahmevorrichtungverstopfen. Wenn ein Pfropfenaus CO2-Schnee sich plötzlichlockert, z. B. durch Schlägegegen den Entnahmeschlauch,entspannt sich die gestaute CO2-Flüssigkeit schlagartig. Dabeikönnen durch Herumschlagenoder Platzen des Entnahme-schlauches Personen verletztoder Sachen beschädigt werden.

• Eine ganz spezielle Gefahr kannentstehen, wenn CO2 benutztwird, um brennbare Gase oderDämpfe zu inertisieren. In einemströmenden Gemisch aus CO2-Gas / CO2-Schnee können sichdie „Schneeflocken“ elektrosta-tisch aufladen und durchEntladungsfunken ein explo-sionsfähiges Gas/Luft-Gemischzünden. Deshalb darf CO2keinesfalls direkt in eine Wolkebrennbaren Gases oder Dampfesgeblasen werden. Dieser wichtige

Hinweis gilt für CO2-Flaschen mitoder ohne Steigrohr.

Entnahme aus CO2-Flaschenohne Steigrohr

Bei CO2-Flaschen ohne Steigrohrwird Kohlendioxid aus dem Kopfder Gasflasche entnommen. BeimÖffnen des Flaschenventilsvermindert sich der Druck in derGasflasche. CO2 verdampft aus derFlüssigphase ständig nach undströmt gasförmig aus. Ein wichtigesAnwendungsgebiet der CO2-Flaschen ohne Steigrohr ist z.B.der Getränkeschankbetrieb.

CO2-Flaschen ohne Steigrohrmüssen zur Gasentnahme mit ei-nem Druckminderer betriebenwerden, um den Druck auf das fürden Anwendungszweck zulässigeMaß zu reduzieren.

CO2-Flaschen ohne Steigrohrmüssen zur Gasentnahme auf-recht stehend betrieben werden.Aus einer liegenden Flasche wür-de flüssiges CO2 ausströmen, waszum Verstopfen der Entnah-mevorrichtung mit CO2-Schneeführen könnte.

Die Entnahmegeschwindigkeit ausCO2-Flaschen ohne Steigrohr istbegrenzt, weil das CO2 aus derFlüssigphase verdampfen muß.Hierzu wird aus der UmgebungWärme aufgenommen, d.h. dieGasflasche und vor allem dasVentil können vereisen. Damit wirddie Bedienbarkeit des Ventils inFrage gestellt. Um das zu ver-meiden, sind bei größerem CO2-Bedarf mehrere Gasflaschenparallel zu betreiben oder dieGasflasche ist mit warmem Was-ser (nicht über 50°C) anzuwärmen.Keinesfalls darf die Gasflasche miteiner Flamme angewärmt werden.

Umgang mit Trockeneis

Trockeneis bedarf beim Umgangwegen seiner tiefen Temperaturund wegen der Bildung von gas-förmigem CO2 einiger speziellerSicherheitsmaßnahmen:

• Trockeneis ist kein Speiseeis.Man darf es nicht verschluckenoder direkt in Getränke geben.Kälte und entstehender Druck

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könnten für den menschlichenKörper schlimme Folgen haben.Trockeneis darf auch nicht inKinderhände gelangen!

• Trockeneis darf wegen seinertiefen Temperatur nicht mitbloßen Händen angefaßt werden.Hantieren mit Handschuhen odereiner geeigneten Greifzangeschützt vor Kaltverbrennungen.Wenn Trockeneis mit geeignetemWerkzeug von Hand zerkleinertwird, müssen die Augen mit einerSchutzbrille gegenTrockeneispartikel geschütztwerden.

• Trockeneis darf nicht in dichtgeschlossenen Behältern ge-lagert oder transportiert werden.Der durch Verdampfungentstehende Druck könnte denBehälter sprengen.

• Räume, in denen Trockeneisgelagert wird, dürfen vonPersonen nur betreten werden,wenn das entstehendegasförmige CO2 durch aus-reichende Lüftung abgeführt wird.

• Trockeneis darf nur in solchenFahrzeugladeräumentransportiert werden, die vomFahrerhaus bzw. Fahrgastraumgasdicht getrennt sind.

4. Schlußbemerkung

Kohlendioxid in allen seinen Er-scheinungsformen kann für viel-fältige Zwecke angewendet wer-den. Es kommt darauf an, seineEigenschaften richtig zu nutzen, umdie erwünschten Effekte zuerreichen und Gefahren auszu-schließen. UnsereGasespezialisten können Ihnensagen, wie das zu tun ist.